98.5%の効率の無騒音PWMインバータの開発研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650330
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 高橋 勲 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (10016602)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安東 至 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (20212665)
• Keywords: 電磁波用アクティブフィルタ / 最適化PWMパターン / 損失回収回路

Research Abstract

ここでは小型、効率、騒音、電磁ノイズ的にみて世界最高レベルの性能を持つPWMインバータ開発である。
1.小型高効率化 損失を減らせば実装密度を上げられ小型化も可能ある。スイッチング周波数2kHzのシステムでは12kW、効率99.4%が得られた。これにはトランジスタの直接CTドライブ法、ロス回収付きスナバを使用している。更にIGBT並列スイッチング法を用いて高周波スイッチング(16kHz)、無騒音を目指したものは効率98.0%(30kW)で、大きさ20×16×12cmで世界最小、最高効率である。
2.無騒音化 PWMインバータの最適スイッチングパターンを計算し実際のインバータに適用してみた。従来方式では最低次高調波がスイッチング周波数付近であったが、この方式では約3倍となる。実験で行なった3kHzのスイッチング周波数では約9kHzの騒音となるのでほとんど感じない。このPWM最適パターンを採用すれば無騒音でも99%以上得られると思われるが実験は行なっていない。
3.無電磁波障害 従来L-C回路で行なわれていた電力用ノイズフィルタに電子回路を用いた簡単なアクティブフィルタを提案した。これにより、電力線を流れる5MHZ以下のノイズが35dB以上除去できることがわかった。しかし、20MHz以上のノイズ除去効果は少ないので簡単なL-Cフィルタとのハイブリッド形式にしなければならない。しかし、低周波ノイズフィルタは極めて大型となるのでこの効果は大きい。
以上の点から本提案システムは将来極めて有望で、1.に関してはインバータ、電気自動車メーカ3社、2については空調、電車用電源メーカ2社、3に関してはスイッチング電源、インバータ、空調メーカ3社などの実用化の準備が進んでおりこの分野に対する貢献が大と思われる。

Research Products

• [Publications] 高橋勲: "無騒音高効率インバータの開発" 電気学会論文誌産業応用部門誌. 116-12. 1205-1210 (1996)
• [Publications] Isao Takahashi: "Toward 99% Efficiency for Transistor Inverters'" IEEE Industry Applications Magazine. vol.2-6. 39-46 (1996)
• [Publications] Isao Takahashi: "Active EMI Filter for Switching Noise of High Frequency Inverters'" IEEE・IEEJ共催Power Conversion Conference '97. (発表予定). (1997)